《機械》〈電気機器〉[H18:問2]直流遮断器の方式に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★★☆☆（普通）

次の文章は，直流遮断器に関する記述である。文中の\( \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ \)に当てはまる語句を解答群の中から選び，その記号をマークシートに記入しなさい。

交流遮断器では，接点開極後に現れる商用周波電流の零点を利用して電流の遮断を行うが，直流遮断器では，電流の零点が期待できないので，電流遮断時に何らかの方法で電流の零点を作る必要がある。

直流遮断器における電流遮断には，一般に下記の方式が採用されている。

\( \ \mathrm {a.} \ \)逆電圧発生方式：
アークに\( \ \fbox {　 （１） 　} \ \)を加えたり，強制的に流体を吹き付けてアークを引き伸ばし，アーク電圧を高めて遮断電流を零値まで限流させて遮断する。

\( \ \mathrm {b.} \ \)\( \ \fbox {　 （２） 　} \ \)方式：
遮断部を開極してアーク電圧を高くするとともに，遮断部と並列に設けた抵抗，コンデンサなどの回路素子に電流を\( \ \fbox {　 （２） 　} \ \)させて，遮断部の電流を遮断する。

\( \ \mathrm {c.} \ \)他励発振方式：
あらかじめ充電されたコンデンサ，リアクトル及び開閉器の直列回路を遮断部と並列に接続する。遮断部の開極と同時にコンデンサ回路の開閉器を閉路することでリアクトルを通して放電させ，このとき発生した振動電流を遮断部の電流に\( \ \fbox {　 （３） 　} \ \)することで強制的に電流零値を作って遮断する。

\( \ \mathrm {d.} \ \)自励発振方式：
遮断部と\( \ \fbox {　 （４） 　} \ \)に，無充電のコンデンサとリアクトルの直列回路を接続し，遮断部の開極に伴うアークの\( \ \fbox {　 （５） 　} \ \)抵抗特性を利用して自励的に鉱大する振動電流を発生させ，電流零値となった時点で遮断する。

\( \ \mathrm {e.} \ \)自己消弧方式：
自己消弧形半導体パルプデバイスを直流電流遮断の主要素として使用する。

〔問2の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　線　形　　　　　&（ロ）&　転　流　　　　　&（ハ）&　直並列 \\[ 5pt ] &（ニ）&　変　形　　　　　&（ホ）&　負　性　　　　　&（ヘ）&　変　調 \\[ 5pt ] &（ト）&　臨　界　　　　　　&（チ）&　高周波電圧　　　　　　　&（リ）&　蓄　積 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　磁　界　　　　　&（ル）&　同　調　　　　　&（ヲ）&　並　列 \\[ 5pt ] &（ワ）&　電　界　　　　　&（カ）&　直　列　　　　　&（ヨ）&　重　畳 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

直流遮断器の原理や種類に関する問題です。
直流遮断方式は，それぞれのどのようにして電流零点を作るかのメカニズムにより方式が分かれています。それぞれの違いをよく理解しておくようにしましょう。

1.直流遮断器の電流遮断方式
交流と異なり，直流には電流が零になる電流零点が存在しないため，遮断器自体で強制的に電流零点を作り出す工夫が必要となります。各方式の原理の概要を理解しておきましょう。

①逆電圧発生方式
アーク電流に対して直角に磁界を加えると，フレミングの左手の法則によりアークに電磁力が働き，アークが引き伸ばされます。このようにアークが引き伸ばされたり，強制的な流体の吹き付けによって冷却されたりすることで，高抵抗となりアーク電圧が高まり，電流を減衰させて遮断させます。

②転流方式
接点を開いてアーク電圧を高くすると同時に，遮断部と並列に接続された抵抗やコンデンサなどの別回路へ電流を転流させることで，接点を流れる電流を零にして遮断させます。

③他励発振方式
あらかじめ充電しておいたコンデンサ\( \ \left( \mathrm {C} \right) \ \)とリアクトル\( \ \left( \mathrm {L} \right) \ \)の直列回路を，遮断部と並列に設け，遮断時にこの\( \ \mathrm {LC} \ \)回路のスイッチを閉じることで高周波の振動電流（放電電流）を発生させ，それを遮断部の直流電流に重畳させます。これにより，一時的に電流値が互いに打ち消し合う瞬間（電流零点）を作り出し，そのタイミングで遮断します。

④自励発振方式
他励発振方式とは異なり、無充電の\( \ \mathrm {LC} \ \)直列回路を遮断部と並列に接続しておきます。接点が開極してアークが発生すると，アークの電流が増加すると電圧が低下するという負性抵抗特性を利用して，\( \ \mathrm {LC} \ \)回路との間で自励的に振動電流を発生・拡大させます。この振動電流が主電流と重なり合って電流零点が生じた瞬間に遮断を行います。

⑤自己消弧方式
自己消弧形半導体バルブデバイスである\( \ \mathrm {GTO} \ \)サイリスタをの特性を利用して直流電流を遮断します。

【解答】

(1)解答：ヌ
題意より解答候補は，（チ）高周波電圧，（ヌ）磁界，（ワ）電界，になると思います。
ワンポイント解説「1.直流遮断器の電流遮断方式」の通り，逆電圧発生方式においてはアークに磁界を加えたり，強制的に流体を吹き付けてアークを引き伸ばし，アーク電圧を高めて遮断電流を零値まで限流させて遮断します。

(2)解答：ロ
題意より解答候補は，（ロ）転流，（ニ）変形，（ヘ）変調 ，（リ）蓄積，（ル）同調，（ヨ）重畳，になると思います。
ワンポイント解説「1.直流遮断器の電流遮断方式」の通り，遮断部と並列に設けた抵抗，コンデンサなどの回路素子に電流を転流させる方式を転流方式といいます。

(3)解答：ヨ
題意より解答候補は，（ロ）転流，（ニ）変形，（ヘ）変調 ，（リ）蓄積，（ル）同調，（ヨ）重畳，になると思います。
ワンポイント解説「1.直流遮断器の電流遮断方式」の通り，あらかじめ充電されたコンデンサ，リアクトル及び開閉器の直列回路を遮断部と並列に接続し，遮断部の開極と同時にコンデンサ回路の開閉器を閉路することでリアクトルを通して放電させ，このとき発生した振動電流を遮断部の電流に重畳することで強制的に電流零値を作って遮断する方式を他励発振方式といいます。

(4)解答：ヲ
題意より解答候補は，（ハ）直並列，（ヲ）並列，（カ）直列，になると思います。
ワンポイント解説「1.直流遮断器の電流遮断方式」の通り，自励発振方式は遮断部と並列に，無充電のコンデンサとリアクトルの直列回路を接続します。

(5)解答：ホ
題意より解答候補は，（イ）線形，（ニ）変形，（ホ）負性，になると思います。
ワンポイント解説「1.直流遮断器の電流遮断方式」の通り，アークには電流が増加すると電圧が低下するという負性抵抗特性があります。